Dime como interfieres y te diré “Qué” eres.
Ilustración por Bárbara Niño / Badania
Las cosas son y no son. O las cosas aparentan ser algo que no son, y en el peor (o el mejor) de los casos, las cosas son algo que no conocemos…
A finales de 1985, Wilhelm Röntgen, un físico alemán, ‘descubrió’ unos ‘rayos’ que hoy en día conocemos como rayos X y que son radiación electromagnética al igual que las ondas de radio, toda la luz visible, los rayos cósmicos y bueno, todo lo demás en esa categoría.
Como sucede con este tipo de descubrimientos y particularmente en ese momento de la historia*, no se sabía nada. O bueno, no se sabía mucho. Se conjeturaba que dichos rayos tendrían ciertas propiedades, pero los primeros intentos de medir dichas propiedades (por ejemplo si tenían una carga eléctrica neta) no llegaron demasiado lejos.
Quienes pensaron que dichos rayos eran ondas transversales comunes y corrientes, rápidamente estimaron que la longitud de onda de dichos rayos era tan pequeña que no existía una rendija o rejilla disponible para poner a prueba la propiedad clásica de lo que entendemos como ondas: el hecho de que interfieren (o se superponen) constructiva o destructivamente.
La interferencia como fenómeno físico es evidente para todo aquel que alguna vez haya lanzado piedras a un lago. O para quien haya visto gotas de lluvia actuar como piedras sobre un espejo de agua.
En una instancia más formal, lo que se requería en este caso era una rendija muy pequeña, del órden de magnitud que tiene la distancia entre átomos ordenados en sólidos cristalinos.
Cuando una onda transversal cruza una rendija es difractada, o pensando en términos más simples, se parte en otras ondas transversales que se superponen una vez han cruzado la rendija.
La maravillosa idea de usar dichos sólidos cristalinos como rendijas se la debamos a otro físico alemán, Max von Laue, quién recibió el premio Nobel de física en 1914 no solo por haber demostrado que los rayos X eran en efecto ondas transversales sino también por haber hecho un de los descubrimientos más importantes en el campo de la cristalografía: la superposición de los rayos X al cruzar esas rendijas cristalinas nos permiten investigar la naturaleza estructural de lo que existe a nuestro alrededor: la estructura de la materia.
Desde antes de 1850 una larga lista de seres humanos se habían ocupado con el problema de dichos sólidos cristalinos, siendo 1850 el año en el cual se hizo publica la asunción de que los átomos que componen un cristal están organizados en grupos periódicamente regulares. Esta idea proviene de la meticulosa observación de las propiedades macroscópicas de los cristales y la podemos, por ejemplo, resumir así: Si un cristal es cúbico, ¿no será que esta hecho de cubitos más pequeños, apilados uno sobre otro en las tres direcciones espaciales?
Von Laue, convencido de los cimientos teóricos de esa idea (que tuvo que extender y completar en el curso de su trabajo) empezó a medir. Bragg papá e hijo también midieron. En poco tiempo fue posible determinar con exactitud la posición de los átomos en cualquier cristal, y hoy en día, la cristalografía ha permitido aclarar la estructura de todo lo que conocemos hasta ahora que pueda obtenerse como cristales: el ADN, los ribosomas, la sal, la gran mayoría de los elementos, sus drogas o medicamentos favoritos, las esmeraldas…
Sin entrar en todos los detalles (que honestamente son muchos y para eso hay miles de libros) les voy a contar la idea más importante: Los átomos en un cristal que esta compuesto de un solo elemento (en ese entonces fueron cristales de Níquel) están ordenados de una forma particular, y solo se necesita saber que distancia hay entre ellos. Aquí, interesantemente, entra en juego la trigonometría más básica: Supongamos que los rayos X inciden sobre una de las caras de un cristal de níquel con a un ángulo theta.
En alguno de todos esos ángulos, los rayos X pasarán por el cristal como si nada e interferirán constructivamente una vez hayan pasado por el cristal. Y ahí, queridos lectores entra la interferencia de nuevo. Los ángulos en los que se mide interferencia constructiva son proporcionales a la distancia entre los átomos de dicho cristal.
Una idea de una simplicidad brutal y hermosa.♦
*Cristina Castro es editora de ciencia de Interference Channel, vive en Tubingen, Alemania.
* Aún no aparecía Max Planck, ni Albert Einstein, ni tampoco los artífices de la gran revolución en la física a comienzos del siglo XX.
Bragg, W. H., and W. L. Bragg. ‘The Reflection Of X-Rays By Crystals’. Proceedings of the Royal Society A: Mathematical, Physical and Engineering Sciences 88.605 (1913): 428-438.
Keen, David A. ‘Crystallography And Physics’. Physica Scripta 89.12 (2014): 128003.
“The Nobel Prize in Physics 1914”. Nobelprize.org. Nobel Media AB 2014. Web. 14 Jul 2015. <http://www.nobelprize.org/nobel_prizes/physics/laureates/1914/>